GFK软管内衬在污水排放领域已应用几十年之久。近年来，这种产品越来越多地应用于饮用水领域。 卫生、可持续以及确保项目安全 - 对于饮用水管道的非开挖修复工程，GFK软管内衬材料必须符合最高质量标准。 毕竟，这种材料务必确保大量人口的饮用水供应安全。 因此，人们对饮用水管道的要求肯定远高于对露天区域的要求。 这种管道必须长期承受高达 16巴的标称压力 – 同时必须满足严格的卫生标准。经过深入研发，SAERTEX multiCom® 推出了SAERTEX LINER® H2O - 这是世界上第一款用于饮用水管道非开挖修复领域的紫外线固化 GFK软管内衬产品，并且在2016 年的IFAT展览会上公布。 为此，必须对现有产品系列做出重大调整，并对整个内衬的设计、各种检测方法以及连接技术进行更深入的全新开发。
内膜名称 / 软管内衬的内涂层
| 此前在市场上采用的名称 | 依据DIN EN ISO 11296-4 |
|---|---|
| PE/PA软管内衬的内膜在安装之后需要拉出 | 临时性内膜 |
| 留在内衬的内涂层，可辅助安装 | 半永久内膜 |
| 内置的一体化内涂层 | 永久性内膜 |
Ab. 1: 旧名称和新名称
技术要求与卫生要求
早在2008 年，SAERTEX multiCom团队开始研发第一款 GFK软管内衬产品，其中内涂层就含有一体化的苯乙烯屏障。 此后，这种结构的内衬在全球范围内成功用于露天下水道的非开挖式修复。 使用毛毡衬里的带内涂层的软管内衬已经在市面上销售了几十年。 但是，毛毡衬里并不具备阻隔功能。
对于紫外线固化的GFK软管内衬，这种阻隔功能至关重要 – 可在6个月保质期内防止GFK软管内衬受到浸渍。 在此期间，内置阻隔可以确保苯乙烯完全留在树脂内，不会扩散到内涂层中。 由此确保随后借助紫外光实现成功固化。随着这款新产品上市，更多带不同软管内衬膜以及内涂层的内衬产品问世。 其中的区别不仅在于有没有阻隔功能，还在于涂层在安装状态下的性能和耐久性。 通常，内涂层作为“一体化组件”与“留在内衬的安装辅助材料”存在区别。由于这些术语没有清晰定义，ISO领域的相关工作组制定了明确定义 – 可以在 2018 年 9 月版的 DIN EN ISO 11296-4 标准中找到。 在这一范围内，引入了临时性、半永久性和永久性内膜等术语（图 1）。
永久性内膜可以应用于饮用水管。 这意味着这种内膜可以在其整个使用寿命内都可以发挥功能。 与此相反，半永久性内膜并不需要耐久性。 研发出具备阻隔功能的永久性内膜，标志着实现饮用水内衬的第一个重要里程碑。 在产品正式推向市场之前，还需要完成进一步的研发步骤，因为饮用水管道对修复用产品的要求比露天管道高得多。 一方面，这是额定压力最高为16巴的压力管道。 在此之前，软管内衬设计无法适应这么高的压力 – 也就是说：不能用它们制造PN 16软管内衬。 另一方面，出于卫生原因，相关原材料的选用也受到很多限制。 例如，为获得德国饮用水的使用许可证，其中采用的所有原材料都必须列在特殊的肯定清单上。 其中一个特殊标准是为树脂选择合适的反应性稀释剂。 几十年来，以苯乙烯为活性稀释剂的树脂已成功应用于下水道修复领域的 GFK软管内衬。 尽管苯乙烯在肯定清单上，但由于其气味阈值比较低，并没有用于饮用水领域。
用于饮用水管道的GFK软管内衬的研发
在研发阶段，SAERTEX multiCom公司的目标是调整所有材料，确保其符合饮用水管道的许可证标准，同时满足技术和卫生要求。 其中，还应该保留GFK软管内衬现有的优点。例如，包括工厂浸渍、内衬在长期储存中的稳定性以及尽可能采用市场上常见的施工技术。
玻璃纤维织物的深入研发情况
第一个步骤是大幅度提高内衬设计中承担内部压力的强度。 作为无纺布制造商 SAERTEX® 的子公司，深入研发实用型的工业类纺织品，是整个 SAERTEX® 集团的核心竞争力之一。 凭借这一专业技术，我们完成了对玻璃纤维织物的进一步研发 – 从而满足市场需求。 根据抗冲压试验的结果，验证了实践中的设计强度。 抗冲压试验是一种故障测试 – 其中可以确定软管内衬在爆裂之前受到的最大压力。
无苯乙烯树脂系统的研发情况
公司内部的实验室团队与树脂供应商合作开发了一种树脂系统，可满足饮用水管道的技术和卫生要求。 作为一种反应性溶剂，气味更小的丙烯酸酯取代了苯乙烯成为单体。 虽然公司对苯乙烯与其他内衬组件的相互作用积累了很多经验，但丙烯酸酯的应用仍然是未知领域。 研发工作不应该造成技术方面的任何质量损失。 因此，公司开展了一系列全面检测，其中详细测试了含丙烯酸酯、不含苯乙烯的新型乙烯基酯树脂（VE 树脂）对现有内衬组件的影响。 在长达六个多月的测试期间，公司实验室检测了不含苯乙烯的 VE 树脂对内外膜耐久性的影响。
饮用水内衬的定型检测
从一开始，管网运营商的相关要求是所有研发步骤的关注核心。 因此，定型试验是围绕需修复管网中常见的条件而设计出来的。 这些测试可以帮助制造商确定各种尺寸的内衬产品的最大工作压力。 通过与管络运营商、用户、检测机构以及制造商合作，为压力污水管道内衬建立了标准检测方法，并将其收录到DIN EN ISO 11297-4标准中。 通过为饮用水行业制定 DIN EN ISO 11298-4标准，这些研发成果目前正应用于饮用水领域。 内压蠕变试验对此起到了至关重要的作用。 其中，固化后的软管衬里测试样品需要承受不同的内部压力，直到其彻底失效。 其中必须在不同的时间段之后出现失败样品。由此，至少有一个测试样品在特定内部压力下可承受超过 10,000 小时。这相当于13.8个月的时间。 SAERTEX-LINER H2O 产品可以满足这一要求。 为了建立更大的相关数据库，SAERTEX multiCom公司决定让检测样品持续运行47,000小时以上（明显超过五年）。尽管在DN 300软管内衬上长期施加了48巴的内部压力，但在检测结束之后，未发现内衬出现任何损坏。
确认和评估内置 GFK软管内衬的质量
从一开始，我们就高度重视产品的安全性，只在质量可重复实现的情况下考虑推向市场。 为确保产品质量的稳定性，我们必须向用户提供所有信息，这些信息也适用于此前的所有产品。 其中，还包括软管内衬和固化技术进行组合时的明确固化参数。 为确定这些参数，我们借助测试用内衬检查测试样品的密封性、额定机械参数的实现情况以及残留的苯乙烯含量。
软管内衬末端的压力密封连接
鉴于饮用水管道是压力管道，必须设计出一种专用连接技术，以便在 SAERTEX-LINER H2O产品和修复后的管道环节之间形成压力密封过渡。 压力密封连接由专为该项目制造的内衬末端密封件 (LEM)实现。 在改造饮用水管道之前，必须做好相应的准备工作。 只有依靠专业的精心准备，才能确保实现管道密封性持续50年以上。 其中，连接到修复管路开口端的法兰适配器（或技术上等效的其他解决方案）至少需要设计为0.7米，以确保在运行压力下足够牢固（图 3）。
瓦伦西亚已经安装500多米的饮用水管道
在德累斯顿、瓦伦西亚和上海 - 拥有100个项目和350多次安装，如今，世界各地的管网运营商都在依靠 SAERTEX multiCom的产品修复饮用水管道。 例如，在西班牙的巴伦西亚，2020 年夏末成功安装了SAERTEX-LINER H2O，确保160多万人的饮用水供应。 其中，对长达500米的压力管道进行非开挖式修复，是迄今为止该领域在伊比利亚半岛最大的项目。 因为现有的DN 600规格的灰铸铁管需要修复。 管网运营商EMIMET公司为即将进行的修复工作确定了下列重要标准： 经济性、可持续性修复的技术使用寿命可确保50 年、道路施工和土方工程比例低，以及最大限度确保项目的安全性。 该项目后来委托给西班牙的GRUPO CANALIS公司，该公司专门从事非开挖式修复工程 – 同时采用SAERTEX multiCom公司出品的 SAERTEX-LINER H2O。 SAERTEX multiCom公司的专家伴随整个施工项目的各个阶段，完成了静力学计算、修复管线的现场勘察、安装团队的培训工作以及安装过程中的支持服务。 由于参与该项目的所有各方密切合作，整个修复工程（共分为5个部分，长度分别在58至128米之间）在短短 14 天内就大功告成。
作者
Nils Füchtjohann博士
全球产品经理